晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定

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1、 5-1晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定、 实验目的(1) 熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构(2) 掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法二、实验原理晶闸管直流直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗 器、电动机-发电机组等组成。在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U作为触发器的移相控制电压Uct，改变U的大小a即可改变控制角，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理如图5-1所示。一一一 定 三相电源输出 给图5-1晶闸管直流调速实验系统原理图磁源励也三、实验内容(1) 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R

2、。(2) 测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L。(3) 测定直流电机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2。(4) 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td。(5) 测定直流电动机电势常数C和转矩常数CM。(6) 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数Tm。(7) 测定晶闸管触发及整流装置特性Ud=f(Uc)0(8) 测定测速发电机特性UG=f(n)o四、实验仿真晶闸管直流调速实验系统的原理如图5-1所示。该系统由给定信号、同步 脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。图5-2是 采用面向电气原理图方法构成的晶闸管直流调速系统的仿真模型。下面介绍各 部分建模与参数设置过

3、程。图5-2晶闸管开环调速系统的仿真模型1.系统的建模和模型参数设置系统的建模包括主电路的建模和控制电路的建模两部分。（1）主电路的建模和参数设置由图5-2可见，开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压器、晶闸管 整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管 整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体讨论，所以将触发器归到 主电路进行建模。 三相对称交流电压源的建模和参数设置。首先从电源模块组中选取一个 交流电压源模块，再用复制的方法得到三相电源的另两个电压模块，并用模块 标题名称修改方法将模块标签改为“ A相”、“B相”、“C相”然后从连接器模 块组中选取“Gr

4、ound”元件和“Bus Bar”元件，按图5-1主电路图进行连接。为了得到三相对称交流电压源，其参数设置方法及参数设置如下：双击A相交流电压源图标，打开电压源参数设置对话框，在A相交流电源 参数设置中，幅值取220V （可根据实际修改），初相位设置成0，频率50Hz （可根据实际修改），其他为默认值，如图5-3所示。B、C相交流电源参数设置 方法与A相基本相同，除了将初相位设置成互差120外，其他参数与A相相 同。由此可得到三相对称交流电源。 晶闸管整流桥的建模和参数设置。首先从电力电子模块组中选取 “Universal Bridge”模块，并将模块标签改为“晶闸管整流桥”，然后双击模块 图

5、标，打开SCR整流桥设置对话框，参数设置如图5-4所示。当采用三相整流 桥时，桥臂数取3, A、B、C三相交流电源接到整流桥的输入端，电力电子元 件选择晶闸。参数设置的原则如下，如果是针对某个具体的变流装置进行参数 设置，对话框中的RS、CS、ROn、Lon、Vf应取该装置中晶闸管元件的实际值， 如果是一般情况，不针对某个具体的变流装置，这些参数可先取默认值进行住 址。若仿真结果理想，就可认可这些参数。这一参数设置原则对其他五一节的 参数设置也是适用的。Q Block Paraaeters:晶闸管整涼桥Universal Bridge (mask) (link)This block imple

6、ment a bridge of selected power electronics devices. Series RC snubber circuits are connected in parallel with each switch device. Press Help for suggested snubber values when the model is discretized. For most applications the internal inductance Lon of diodes and thyristors should be set to zeroPa

7、rametersNumber of bridge arms:Snubber resista nee Rs (Ohms) 1500Snubber capacitance Cs (F)1?6Power Electronic device ThyristorsRon (Ohms)|l品Lon (H)0Forward voltage Vf (V)Measurements NoneCancelHelpHIApply图5-3 A相电源参数设置图5-4 SCR整流桥参数设置 平波电抗器的建模和参数设置。首先从元件模块组中选取“ Series RLC Branch”模块，并将模块标签改为“平波电抗器”，然后打

8、开平波电抗器参数设 置对话框，参数设置如图5-5所示，平波电抗器的电感值是通过仿真实验比较后 得到的优化参数。 直流电动机的建模和参数设置。首先从电动机系统模块组中选取“ DC Machine”模块，并将模块标签改为“直流电动机”。直流电动机的励磁绕组“F+-F -”接直流恒定励磁电源，励磁电源可从电源模块组中选取直流电压源模 块，并将电压参数设置为220V，电枢绕组“A+-A-”经平波电抗器接晶闸管整 流桥的输出，电动机经TL端口接恒转矩负载，直流电动机的输出参数有转速“、 电枢电流打、励磁电流厶、电磁转矩通过“示波器”模块观察仿真输出图 afe形。电动机的参数设置步骤如下，双击直流电动图标

9、，打开直流电动机的参数 设置对话框，直流电动机的参数设置如图5-6所示。参数设置的原则与晶闸管整 流桥相同。图5-5平波电抗器参数设置图5-6直流电动机参数设置 同步脉冲触发器的建模和参数设置。同步脉冲触发器包括同步电源和6 脉冲触发器两部分。至此，根据图5-1主电路的连接关系，可建立起主电路的仿真模型，如图 5-2所示。图中触发器开关信号为“0”时，开放触发器，开关信号为“1”时， 封锁触发器。（2）控制电路的建模和参数设置晶闸管直流调速系统的控制电路只有一个给定环节，它可从输入源模块组 中选取“Constant”模块，并将模块标签改为“给定信号”，然后双击该模块图 标，打开参数设置对话框，

10、将参数设置为50rads。实际调速时，给定信号是在 一定范围内变化的，读者可通过仿真实践，确定给定信号允许的变化范围。将主电路和控制电路的仿真模型按照晶闸管直流调速系统电气原理图的连 接关系进行模型连接，即可得到图5-2所示的晶闸直流调速系统仿真模型。2-系统的仿真参数设置在 MATLAB的模型窗口打开“ Simulation 菜单，进行“ Simulation Parameters”设置，如图5-7所示。图5-7仿真参数设置单击“Simulation parameters”菜单后，得到仿真参数设置对话框，参数设 置如图5-8 所示，住真中所选择的算法为ode23s。由于实际系统的多样性，不同

11、 的系统需要采用不同的仿真算法，到底采用哪一种算法，可通过仿真实践进行 比较选择。仿真“Start time” 一般设为0，“Stop time”根据实际需要而定。图5-8仿真参数设置对话框及参数设置3-系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。在MATLAB的模型窗口打 开“Simulation”菜单，单击“Start”命令后，系统开始仿真，仿真结束后可输 出结果。单击“示波器”命令后，通过“示波器”模块观察仿真输出图形，如 图5-9所示，其中图5-9 （a）、（b）、（c）、（d）分别表示直流电动机的电磁转矩 Te曲线、电枢电流I曲线、角频率3曲线和角频

12、率与电枢电流I的关系曲线。aa（c）直流电动机电磁转矩T关曲线 （d）直流电动机电枢电流I曲线ea0XY Graph|回X Y PlotX Axis图5-9晶闸管直流调速系统的输出波形根据图5-2的仿真模型，系统有两种输出方式：当采用“示波器”模块观察 仿真输出结果时，只要在系统模型图上双击“示波器”图标即可；然后对其输 出图形进行编辑。最终可得编辑后的输出图形，如图5-10所示。图5-10编辑后的晶闸管直流调速系统的电流曲线和转速曲线图5-10显示的分别是晶闸管直流高速系统的电流曲线和转速曲线。可以看 出，这个结果和实际电动机运行的结果相似，系统的建模与仿真是成功的。在晶闸管直流调速系统建模

13、与仿真结束之际，对建模与参数设置的一些原 则和方法归纳如下： 系统建模时，将其分成主电路和控制电路两部分分别进行。 在进行参数设置时，晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等装置（固 有环节）的参数设置原则如下，如果针对某个具体的装置进行参数设置，则对 话框中的有关参数应该装置的实际值；如果是不针对某个具体的装置进行参数 设置，则对话框中的有关参数应取该装置的实际值；如果是不针对某个具体装 置的一般情况，可先取这些装置的参数默认值进行仿真。若仿真结果理想，可 认可这些设置的参数；若仿真结果不理想，则通过结果不理想，则通过仿真实 验，不断进行参数优化，最后确定其参数。 给定信号的变化范围、调节器的

14、参数和反馈检测环节的反馈系数（闭环 系统中使用）等可调参数的设置，其一般方法是通过仿真实验，不断进行参数 人优化。具体方法是分别设置这些参数的一个较大和较小值进行仿真，弄清它 们对系统性能影响的趋势，据此逐步将参数进行优化。 仿真时间根据实际需要定，以能够仿真出完整的波形为前提。 由于实验系统的多样性，没有一种住址算法是万能的。不同的系统需要 采用不同的仿真算法，到底采用哪一种算法更好，这需要通过仿真实践，从仿 真能否进行、仿真的速度、仿真的精度等方面进行比较选择。上述内容具有一般指导意义，在讨论后面各种系统时，遇到类似问题就不 再细述了。五、预习与思考（1）阅读电力电子技术教材中有关晶闸管直流调速系统的内容，弄清同步脉冲 触发器的工作原理。（2）学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定方法。（3）直流电动机有哪几种调速方案？各有哪些特点？六、实验总结（1）作出实验所得的各种曲线，计算有关参数。（2）由瓦=（乞）特性，分析晶闸管装置的非线性现象。